Un métamodèle de calcul en temps continu pour les systèmes d'aide à la décision appliqués à la ...

172 Pages·2017·3.99 MB·French

by  Davy Helard

Un métamodèle de calcul en temps continu pour les
systèmes d’aide à la décision appliqués à la planification
financière
Davy Hélard Helard
To cite this version:
DavyHélard Helard. Un métamodèle de calcul en temps continupour les systèmes d’aide à la décision
appliqués à la planification financière. Ingénierie, finance et science [cs.CE]. Université de Bretagne
Sud, 2015. Français. ￿NNT: 2015LORIS379￿. ￿tel-01316887￿
HAL Id: tel-01316887
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abroad, or from public or private research centers. publics ou privés.
THESE / UNIVERSITE DE BRETAGNE-SUD présentée par :
sous le sceau de l’Université européenne de Bretagne Davy Hélard
pour obtenir le titre de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITE DE BRETAGNE-SUD Préparée à l’Unité Mixte de Recherche CNRS 6074
Mention : STIC IRISA - Institut de recherche en informatique et systèmes
Ecole doctorale SICMA aléatoires dans le cadre d’une convention CIFRE
Un métamodèle de calcul en temps continu Thèse soutenue le 1er décembre 2015 devant le jury
composé de :
pour les systèmes d'aide à la décision
Pr Pierre-François MARTEAU, Université de Bretagne Sud –
appliqués à la planification financière
UMR IRISA (président)
Pr Henri BASSON, Université du Littoral Côte d’Opale – EA
LISIC (rapporteur)
Pr Mourad OUSSALAH, Université de Nantes – UMR LINA
(rapporteur)
Pr Flavio OQUENDO, Université de Bretagne Sud – IRISA
(directeur de thèse)
M.Jean-Philippe GOUIGOUX, Directeur Technique MGDIS
(encadrant entreprise de la CIFRE)
Mme Dalila TAMZALIT, Université de Nantes – UMR LINA
(examinateur)
M.Frank MOSSER, Directeur Général, MGDIS (examinateur
invité)
Un métamodèle de calcul en temps continu pour les systèmes d'aide à la décision appliqués à la planification financière Davy Hélard 2015
Résumé
Dans le cadre de l’informatique décisionnelle, la programmation physico-financière doit permettre à des
acteurs d’une collectivité provenant de divers domaines de faire converger leurs problématiques vers un
objectif commun. Cette programmation permet ainsi à ces acteurs d’étudier les conditions de réalisation et de
mettre en place un suivi de l’avancement de cet objectif.
L’une des principales difficultés de la modélisation d’une programmation physico-financière est que chaque
acteur exprime ses problématiques dans des échelles de temps différentes. Leur mise en lien dans un modèle
représentant une réalité commune pose donc des problèmes au mode de représentation discret
traditionnellement utilisé par les outils d’analyse financière, basés sur la logique des tableurs.
Dans cette thèse CIFRE, un métamodèle de calcul en temps continu appliqué à la programmation physico-
financière est proposé afin de permettre aux acteurs de regrouper leurs visions dans un modèle unique, tout
en se plaçant sur des échelles de temps différentes. La modélisation continue développée est confrontée à la
modélisation discrète (représentative de l’état de l’art) au travers d’un cas d’étude, montrant les avancées de
la première vis-à-vis de la seconde.
Ce métamodèle innovant a été implémenté au sein de la société MGDIS, dans le cadre d’une convention CIFRE,
à l’aide d’une architecture orientée service. Cette architecture se base sur un style innovant conçu dans cette
thèse afin de maximiser la capacité à paralléliser l’évaluation des modèles. Ce prototype est constitué de
services web pour modéliser (service de modélisation) et évaluer les modèles (service de calcul).
La solution développée dans cette thèse a été conçue pour permettre la programmation physico-financière de
gros volumes de données à l’échelle réelle. Elle a été validée sur un cas d’étude et répond aux exigences
exprimées par les experts de la modélisation de programmation physico-financière de MGDIS qui ont émis un
avis positif quant à l’applicabilité de la solution proposée.
Abstract
In the scope of Business Intelligence, planning aims to support multiple actors in their process of converging
different views and problematics from different domains to get a shared business planning model. It is in
particular the case of business planning in local government.
A major difficulty in business planning is that each actor states her/his views and problematics with a different
time scale. Integrating them into a unique model that represents a common state of reality becomes very
costly and awkward to manage when basing the construction of these models on discrete modeling techniques
used by current tools of business planning.
This doctorate thesis proposes a novel solution, beyond the state-of-the-art, for addressing these issues: it
conceives a novel metamodel based on a continuous time calculus. Through the developed approach, it allows
multiple actors to integrate the different business logics of their planning domain in a shared model as well as
to observe it from different time scales. The advantages of our solution based on continuous time against
solutions based on discrete time are presented through a case study.
The conceived metamodel was implemented within a real industrial set in MGDIS (a company specialized in
business planning for local governments) following an innovative service oriented architecture: this
architecture segregates the modeling from the evaluation to allow the parallelization of model evaluation for
big volumes of data.
The overall solution conceived and implemented in this thesis was designed to be a real scale prototype to be
applied to real scale problems. Besides the case study, it was validated by MGDIS experts on business planning
against real requirements.
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Remerciements
Je remercie :
• mon encadrant entreprise de ma thèse CIFRE Jean-Philippe Gouigoux (directeur technique de MGDIS)
et mon directeur de thèse CIFRE Flavio Oquendo (professeur à l’UBS, directeur de recherche à l’UMR
IRISA) pour leurs conseils et leur soutien tout au long de ces 3 années ;
• Emmanuel Frenod (professeur à l’UBS/LMBA) qui est à l'origine de l’intérêt de MGDIS pour
l’application de la modélisation en temps continu à la programmation physico-financière, pour ses
explications sur les facettes mathématiques de la modélisation en temps continu ;
• Frank Mosser (DG de MGDIS) et Jean-Marc Bienvenu (PDG de MGIS) pour avoir décidé de la tenue de
cette thèse CIFRE à MGDIS, ainsi que pour leur soutien ;
• Tarik Chakkour (doctorant à l’UMR LMBA) qui a développé le calculateur numérique utilisé par mon
prototype de prevue de concept ;
• Gildas Boichot (développeur à MGDIS) pour son exposition du produit SOFI au niveau du besoin et de
l’implémentation ;
• Jean-Marc Bienvenu pour sa participation à l’élaboration du cas d’étude de programmation physico-
financière ;
• Guénael Jamette (chef de projet à MGDIS), Jean-Marc Bienvenu et Frank Mosser pour leur relecture
de ma these avec une vision applicative du point de vue de la programmation physico-financière ;
• les rapporteurs Henri Basson (professeur à l'EA LISIC) et Mourad Oussalah (professeur à l'UMR LINA)
pour leur relecture avec une vision scientifique, leurs rapports ainsi que pour leurs suggestions ;
• les membres du jury Pierre-François Marteau, Henri Basson, Mourad Oussalah, Flavio Oquendo, Jean-
Philippe Gouigoux, Dalila Tamzalit et Frank Mosser pour leur écoute et leurs remarques ;
• également toutes les personnes de MGDIS et de l’IRISA pour leur accueil.
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Table des matières
1 Introduction .................................................................................................................................... 1
1.1 La problématique .................................................................................................................... 1
1.1.1 L’informatique décisionnelle ........................................................................................... 1
1.1.2 Positionnement de la thèse ............................................................................................. 2
1.1.3 La programmation physico-financière ............................................................................ 2
1.1.4 L’exemple d’une gestion de cantine ................................................................................ 5
1.1.5 Les difficultés à lever ..................................................................................................... 11
1.1.6 Les questions ouvertes .................................................................................................. 13
1.2 La genèse de la thèse ............................................................................................................ 13
1.2.1 L’approche par la prévalence objet ............................................................................... 13
1.2.2 L’approche par la parallélisation ................................................................................... 15
1.2.3 La nécessité de penser continu ..................................................................................... 15
1.2.4 L’apport de l’urbanisation des SI ................................................................................... 17
1.3 Le sujet de la thèse ................................................................................................................ 18
1.3.1 Les objectifs métier ....................................................................................................... 18
1.3.2 Les objectifs intellectuels .............................................................................................. 19
1.3.3 Les objectifs techniques ................................................................................................ 19
1.3.4 Le sujet scientifique ....................................................................................................... 20
1.3.5 Le sujet industriel .......................................................................................................... 20
1.4 Le contexte ............................................................................................................................ 21
1.4.1 Société MGDIS ............................................................................................................... 21
1.4.2 Les travaux associés ...................................................................................................... 22
1.5 L’organisation du manuscrit .................................................................................................. 22
2 L’état de l’art ................................................................................................................................. 23
2.1 Les approches historiques ..................................................................................................... 23
2.1.1 Les approches par cubes de données ........................................................................... 23
2.1.2 L’optimisation par contraintes ...................................................................................... 23
2.1.3 L’optimisation par algorithmes génétiques ................................................................... 24
2.2 La revue systématique .......................................................................................................... 25
2.2.1 Formulation des questions de recherche ...................................................................... 25
2.2.2 La réalisation ................................................................................................................. 26
2.2.3 Recherche et sélection des études pertinentes ............................................................ 28
2.2.4 Evaluation de la qualité des études retenues ............................................................... 29
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2.2.5 Extraction des données pertinentes et analyse de ces données ................................... 29
2.2.6 Interprétation des résultats vis-à-vis des questions de recherche ................................ 31
3 Un cas d’étude .............................................................................................................................. 33
3.1 Contexte ................................................................................................................................ 33
3.2 La planification de l’investissement ...................................................................................... 33
3.2.1 L’établissement de la fiche d’opérations ...................................................................... 34
3.2.2 La recherche de subventions ......................................................................................... 34
3.2.3 La recherche d’emprunt ................................................................................................ 34
3.2.4 La planification physique ............................................................................................... 34
3.2.5 Le choix de l’investissement de construction de la nouvelle cantine ........................... 34
3.3 Le suivi du budget d’investissement ..................................................................................... 36
3.3.1 La construction du bâtiment ......................................................................................... 36
3.3.2 Les subventions ............................................................................................................. 36
3.4 Le suivi du budget de fonctionnement ................................................................................. 37
3.4.1 Le paiement par les familles .......................................................................................... 37
3.4.2 La gestion des repas ...................................................................................................... 37
3.4.3 Les subventions de la CAF au fonctionnement ............................................................. 37
3.4.4 Le bilan financier ........................................................................................................... 37
3.4.5 Ouverture de la nouvelle cantine .................................................................................. 37
4 L’approche de solution et sa mise en œuvre ................................................................................ 38
4.1 Le découpage en services ...................................................................................................... 38
4.1.1 Le besoin ....................................................................................................................... 38
4.1.2 La solution avec SOFI discret ......................................................................................... 38
4.1.3 La solution avec SOFI continu ........................................................................................ 39
4.1.4 La comparaison des solutions ....................................................................................... 43
4.1.5 Les évolutions possibles ................................................................................................ 43
4.2 L’évaluation des modèles de planification financière ........................................................... 43
4.2.1 Le besoin ....................................................................................................................... 43
4.2.2 La solution avec SOFI discret ......................................................................................... 44
4.2.3 La solution avec SOFI continu ........................................................................................ 44
4.2.4 La comparaison des solutions ....................................................................................... 45
4.2.5 Les évolutions possibles ................................................................................................ 45
4.3 La parallélisation du moteur de calcul .................................................................................. 45
4.3.1 Le besoin ....................................................................................................................... 45
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4.3.2 La solution avec SOFI discret ......................................................................................... 45
4.3.3 La solution avec SOFI continu ........................................................................................ 46
4.3.4 La comparaison des solutions ....................................................................................... 47
4.3.5 Les évolutions possibles ................................................................................................ 48
4.4 La séparation de la logique du domaine et des données propre à un cas ............................ 48
4.4.1 Le besoin ....................................................................................................................... 48
4.4.2 La solution avec SOFI discret ......................................................................................... 48
4.4.3 La solution avec SOFI continu ........................................................................................ 49
4.4.4 La comparaison des solutions ....................................................................................... 54
4.4.5 Les évolutions possibles ................................................................................................ 54
4.5 L’instanciation d’éléments .................................................................................................... 54
4.5.1 Le besoin ....................................................................................................................... 54
4.5.2 La solution avec SOFI discret ......................................................................................... 54
4.5.3 La solution avec SOFI continu ........................................................................................ 55
4.5.4 La comparaison des solutions ....................................................................................... 55
4.5.5 Les évolutions possibles ................................................................................................ 55
4.6 La complexité des évaluations .............................................................................................. 55
4.6.1 Le besoin ....................................................................................................................... 55
4.6.2 La solution avec SOFI discret ......................................................................................... 55
4.6.3 La solution avec SOFI continu ........................................................................................ 56
4.6.4 La comparaison des solutions ....................................................................................... 56
4.6.5 Les évolutions possibles ................................................................................................ 56
4.7 La distinction entre les mesures et les champs ..................................................................... 57
4.7.1 Le besoin ....................................................................................................................... 57
4.7.2 La solution avec SOFI discret ......................................................................................... 57
4.7.3 La solution avec SOFI continu ........................................................................................ 57
4.7.4 La comparaison des solutions ....................................................................................... 59
4.7.5 Les évolutions possibles ................................................................................................ 59
4.8 La modélisation des durées ................................................................................................... 59
4.8.1 Le besoin ....................................................................................................................... 59
4.8.2 La solution avec SOFI discret ......................................................................................... 59
4.8.3 La solution avec SOFI continu ........................................................................................ 59
4.8.4 La comparaison des solutions ....................................................................................... 60
4.8.5 Les évolutions possibles ................................................................................................ 60

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4.9 La modélisation des équations .............................................................................................. 60
4.9.1 Le besoin ....................................................................................................................... 60
4.9.2 La solution avec SOFI discret ......................................................................................... 60
4.9.3 La solution avec SOFI continu ........................................................................................ 60
4.9.4 La comparaison des solutions ....................................................................................... 69
4.9.5 Les évolutions possibles ................................................................................................ 69
4.10 La délimitation du passé et du futur ..................................................................................... 69
4.10.1 Le besoin ....................................................................................................................... 69
4.10.2 La solution avec SOFI discret ......................................................................................... 69
4.10.3 La solution avec SOFI continu ........................................................................................ 71
4.10.4 La comparaison des solutions ....................................................................................... 72
4.10.5 Les évolutions possibles ................................................................................................ 72
4.11 L’évaluation des découpages temporels des calculs ............................................................. 72
4.11.1 Le besoin ....................................................................................................................... 72
4.11.2 La solution avec SOFI discret ......................................................................................... 73
4.11.3 La solution avec SOFI continu ........................................................................................ 73
4.11.4 La comparaison des solutions ....................................................................................... 75
4.11.5 Les évolutions possibles ................................................................................................ 76
4.12 Les valeurs saisies pour le passé et éventuellement le futur ................................................ 76
4.12.1 Le besoin ....................................................................................................................... 76
4.12.2 La solution avec SOFI discret ......................................................................................... 76
4.12.3 La solution avec SOFI continu ........................................................................................ 76
4.12.4 L’exemple du gain de finesse de la saisie des ventes de tickets .................................... 78
4.12.5 La comparaison des solutions ....................................................................................... 80
4.12.6 Les évolutions possibles ................................................................................................ 80
4.13 L’estimation du futur à partir du passé ................................................................................. 80
4.13.1 Le besoin ....................................................................................................................... 80
4.13.2 Les approches ................................................................................................................ 81
4.13.3 L’exemple du remboursement de la TVA ...................................................................... 82
4.13.4 L’exemple de l’estimation des ventes de tickets ........................................................... 83
4.13.5 L’exemple de l’estimation du coût des denrées alimentaires ....................................... 89
4.13.6 La comparaison des solutions ....................................................................................... 92
4.13.7 Les évolutions possibles ................................................................................................ 92
4.14 Le calcul des emprunts et des amortissements .................................................................... 92

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4.14.1 Le besoin ....................................................................................................................... 92
4.14.2 La solution avec SOFI discret ......................................................................................... 92
4.14.3 La solution avec SOFI continu ........................................................................................ 93
4.14.4 La comparaison des solutions ....................................................................................... 96
4.14.5 Les évolutions possibles ................................................................................................ 96
4.15 Conclusion ............................................................................................................................. 96
5 Expérimentation et validation ....................................................................................................... 97
5.1 L’implémentation de la solution ........................................................................................... 97
5.1.1 La bibliothèque de calcul continu LEMF ........................................................................ 97
5.1.2 Les technologies utilisées pour implémenter les services ............................................. 98
5.2 La validation .......................................................................................................................... 98
5.2.1 La construction du modèle du cas d’étude ................................................................... 98
5.2.2 L’utilisation du modèle du cas d’étude ....................................................................... 107
5.2.3 La mesure de complexité de l’évaluation du cas d’étude ........................................... 112
5.2.4 La réponse aux questions de recherche ...................................................................... 112
6 Conclusion et perspectives ......................................................................................................... 114
6.1 Le bilan ................................................................................................................................ 114
6.1.1 Complétion de la thèse ............................................................................................... 114
6.1.2 Validation des résultats ............................................................................................... 114
6.1.3 Adéquation à la problématique .................................................................................. 115
6.2 Le positionnement : contributions à l’état de l’art ............................................................. 115
6.3 Les perspectives .................................................................................................................. 115
6.3.1 L’ergonomie de l’interface graphique pour modélisation continue native ................. 115
6.3.2 La parallélisation et branchement sur optimisation par algorithmes génétiques ...... 116
6.3.3 L’optimisation par inversion du modèle continu ........................................................ 116
6.3.4 La détermination en temps réel de la robustesse du modèle financier ...................... 117
Références .......................................................................................................................................... 119
Annexe 1 : L’interface du service de modélisation ............................................................................. 121
Annexe 2 : Le modèle complet de la planification financière ............................................................. 123

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Table des figures
Figure 1 : Les liens entre les domaines de programmation .................................................................... 5
Figure 2 : Les sources utilisées pour la recherche de publications ....................................................... 26
Figure 3 : La requête pour la recherche de publications ....................................................................... 26
Figure 4 : La requête pour ScienceDirect .............................................................................................. 27
Figure 5 : La requête pour IEEE ............................................................................................................. 27
Figure 6 : La requête pour SpringerLink ................................................................................................ 27
Figure 7 : La requête pour ACM ............................................................................................................ 28
Figure 8 : Le nombre de résultats obtenus à partir des sources ........................................................... 28
Figure 9 : Liste des études primaires ..................................................................................................... 29
Figure 10 : Le diagramme des études primaires par domaine d’application ........................................ 30
Figure 11 : La liste des études primaires par domaine d’application .................................................... 30
Figure 12 : Le diagramme des résultats obtenus par approche ............................................................ 31
Figure 13 : Les résultats obtenus par approche .................................................................................... 31
Figure 14 : La vue d’ensemble du budget d’investissement et de fonctionnement ............................. 33
Figure 15 : La communication avec le service de modélisation et de calcul ......................................... 39
Figure 16 : L’opération du contrat du service de calcul ........................................................................ 40
Figure 17 : Le diagramme de classe de la partie des requêtes de calcul qui permet de décrire les
modifications à apporter à un scénario ................................................................................................ 41
Figure 18 : Le diagramme de classe de la partie du contrat qui décrit les variables à évaluer et le
résultat de l’évaluation ......................................................................................................................... 42
Figure 19 : Le diagramme d’instance d’une requête d’évaluation de l’équilibre du budget de
fonctionnement après modification du montant de l’emprunt du budget d’investissement .............. 42
Figure 20 : Le diagramme d’instance du résultat d’une requête d’évaluation de l’équilibre du budget
de fonctionnement ............................................................................................................................... 43
Figure 21 : Le diagramme d’instance de la structure d’une variable traduite en calcul continu .......... 45
Figure 22 : La parallélisation du service de calcul ................................................................................. 46
Figure 23 : La vue d’ensemble du schéma de la base de données de la modélisation de SOFI discret 49
Figure 24 : La vue d’ensemble du métamodèle de la modélisation de SOFI continu ........................... 50
Figure 25 : La contrainte entre les variables d’instances et leur variable ............................................. 52
Figure 26 : La contrainte entre les associations et leur lien .................................................................. 53
Figure 27 : Un diagramme d’instance illustrant le besoin d’agréger les variables de lien .................... 54
Figure 28 : La formule de la variable « Accumulation de la participation de la mairie » en modélisation
discrète ................................................................................................................................................. 56
Figure 29 : L’interprétation de la valeur d’une mesure ........................................................................ 58
Figure 30 : L’interprétation de la valeur d’un champ ............................................................................ 58
Figure 31 : Un exemple de formule de calcul de date .......................................................................... 59
Figure 32 : La comparaison de formule de calcul d’un décalage de deux mois ou de deux fois un mois
.............................................................................................................................................................. 59
Figure 33 : Un exemple de formule pour une variable « Equilibre » en modélisation discrète ............ 60
Figure 34 : Un exemple de formule pour une variable « Equilibre » en modélisation continue .......... 60
Figure 35 : Les contraintes sur le type des variables continues en fonction des opérateurs
arithmétiques ........................................................................................................................................ 61
Figure 36 : La signature de l’opération « If » ........................................................................................ 61
Figure 37 : Un exemple de formule pour une variable « Dépenses » ................................................... 61

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